Sensor-Data-Fusion für zuverlässige Einbruchmelde­anlagen

Die Anzahl potenzieller Störquellen von Einbruchmeldeanlagen ist groß. Gleichzeitig erhöhen sich die Ansprüche der Gesetzgebung an Sensoren und Bewegungsmelder von Alarmsystemen. Als zukunftssichere Lösung steigern Detektoren mit Sensor-Data-Fusion-Technologie die Sicherheit und verringern ebenso kosten- wie zeitintensive Falschalarme.

Ein Kulturmuseum in Süddeutschland: Seit Jahrzehnten leistet die Einbruchmeldeanlage zuverlässige Dienste. Doch plötzlich lösen die Detektoren jeweils abends einen Falschalarm aus. Der Installateur steht vor einem Rätsel. Wo liegt die Fehlerquelle?

Nach umfangreichen Tests ist der Auslöser gefunden: Das kurz zuvor im Museum installierte Beleuchtungssystem mit LED-Lampen strahlt auf einer Wellenlänge, die einen Anti-Masking-Alarm der Detektoren auslöst. Eine Lösung erweist sich als schwierig – eine neue Beleuchtungsanlage wäre zu kostspielig – und erfordert umfangreiche Updates der Firmware der Detektoren und eine Umstellung der Sensorarchitektur, um die Fehlerquelle zu eliminieren.

Hierbei handelt es sich keineswegs um einen Einzelfall, denn die Anzahl möglicher Auslöser von Falschalarmen in der Umwelt nimmt zu. Aus Sicht der Systembetreiber und Integratoren ist dies eine bedenkliche Entwicklung, da Falschalarme die Glaubwürdigkeit von Einbruchmeldesystemen in Frage stellen und Kosten für den Einsatz von Sicherheitsdiensten und Ordnungskräften verursachen können.
Neben den Störfaktoren aus der Umwelt müssen gesetzliche Normen für Anti-Masking-Technologie auch regelmäßig wegen den raffinierten Methoden von Kriminellen zum Überlisten von Detektoren verschärft werden. Detektoren sollten zudem gegen Ausfälle gewappnet und durchgehend einsatzbereit sein, um zur frühen Erkennung von Einbrüchen beizutragen.

Mehrwert durch die Sensor-Data-Fusion-Technologie

Bild 1: Die Sensor-Data-Fusion-Technologie sammelt und analysiert alle von den im Detektor enthaltenen Sensoren erfassten Daten

Eine spezielle Neuheit hat sich in diesem Zusammenhang in den letzten Jahren besonders bewährt: Sensor-Data-Fusion-Technologie sorgt – durch den Einsatz mehrerer unterschiedlicher Sensoren überwacht – anhand intelligenter Algorithmen in ein und demselben Bewegungsmelder für mehr Sicherheit bei Einbruchmeldeanlagen (Bild 1). Diese Generation von Detektoren verbindet unter anderem Passiv-Infrarot-(PIR-) und Mikrowellen-Doppler-Radar-Technologie mit Künstlicher Intelligenz (KI), um Alarmereignisse zu verifizieren und falsche Alarmquellen zu eliminieren.
Es geht hierbei nicht darum, möglichst viele Sensoren in einem Detektor zu verbauen. Vielmehr geht es darum, verschiedene Sensoren so zu kombinieren, dass sie einander ergänzen und durch die Auswertung ihrer Daten mithilfe eines intelligenten Algorithmus’ ein hoch zuverlässiges Sicherheitsniveau gewährleisten. Das sorgt für die bestmögliche Erfassung von Einbruchversuchen bei minimaler Wahrscheinlichkeit von Falsch­alarmen.

Mit Blick auf die Zukunft stellen Bewegungsmelder mit Data-Fusion-Technologie nicht nur eine fehlerresistente Lösung im Gebäudeschutz dar. Die umfangreichen Daten der Sensoren liefern auch einen Mehrwert über die Sicherheit hinaus: Echtzeit-Informationen zu Beleuchtung, Temperatur und Luftfeuchtigkeit bieten die Grundlage für intelligente Gewerke und Systeme in der Gebäudeautomatisierung. Im Zusammenspiel mit Gebäudemanagement-Systemen ermöglichen sie Kosteneinsparungen und senken den Energieverbrauch von Heizungs- und Belüftungsanlagen.

Unternehmen wie Bosch unterstützen diese Netzwerkeffekte durch die Entwicklung und konstante Verbesserung intelligenter Sensoren. In diesem Zusammenhang ist es für Installateure und Systemintegratoren wichtig, den neusten Stand der Technik zu kennen und ihre Anlagen entsprechend zu modernisieren, angefangen mit einer Analyse der Fehlerquellen in der Umwelt.

Gründe für Falschalarme bei Einbruch­meldeanlagen

Folgende Umweltfaktoren werden häufig im Zusammenhang mit Falschalarmen genannt:

  • Starke Temperaturschwankungen werden von Sensoren als Anzeichen für die Präsenz von Personen interpretiert. Auslöser können Bodenheizungen oder starkes Sonnenlicht sein. Besonders problematisch sind hierbei Raumtemperaturen über 30 °C.
  • Staubansammlungen auf optischen Detektoren mindern die Erfassungsleistung und erhöhen die Anfälligkeit für Falschalarme.
  • Luftzug von Klimaanlagen oder offenen Fenstern kann Bewegungsmelder auslösen, vor allem, wenn Gardinen, Zimmerpflanzen oder an der Decke hängende Schilder (etwa in Supermärkten) in Bewegung versetzt werden.
  • Starke Lichteinstrahlung direkt auf den Sensor, zum Beispiel durch die Scheinwerfer vorbeifahrender Autos, Flutlichter, gespiegeltes oder direktes Sonnenlicht – Lichtquellen, die als Taschenlampe eines Einbrechers interpretiert werden.
  • Hohe Frequenzen von WLAN-Routern können Sensoren irreführen. Vor einigen Jahren bewegte sich die Bandbreite der Signale noch bei rund 2,7 GHz während heute oft 5 GHz überschritten werden, wofür gerade ältere Detektoren nicht gerüstet sind.
  • LED-Leuchten mit Strahlung über das sichtbare Lichtspektrum hinaus, deren Infrarotsignale den Sensor auslösen.

Zu den letzten beiden Punkten ist anzumerken, dass die Gesetzgebung klare Richtlinien vorgibt, was die maximale Bandbreite von WLAN-Routern und LED-Beleuchtung angeht. Jedoch drängt in beiden Produktkategorien zunehmend illegale und billige Massenware auf den Markt, was für Probleme sorgt, wenn diese Produkte in der Nähe von Bewegungsmeldern installiert werden. Insgesamt lassen sich diese Fehlerquellen jedoch durch Sensor-Data-Fusion-Technologie eliminieren, wenn mehrere Sensoren im gleichen Detektor einen Alarm verifizieren.

Neben Falschalarmen müssen neue Sensoren auch auf aktuelle Richtlinien reagieren. Hierzu zählen Normen wie EN 50131-Grad 3 sowie in Deutschland die VdS-Klasse C mit klaren Leistungsvorgaben im Hinblick auf Anti-Masking-Technologie zum Erkennen von Sabotageversuchen durch Eindringlinge. Genau das leistet die Sensor-Data-Fusion-Technologie.

Großer Fortschritt in der Detektoren-Technologie

Anfangs waren Bewegungsmelder in Einbruchmeldeanlagen lediglich mit nur einer Art Sensor bestückt – Sensoren, die die Passiv-Infrarot-Technologie (PIR) nutzen. Das brachte zunächst einen enormen Sicherheitsgewinn in der automatisierten Gebäudesicherung, erwies sich dann jedoch als begrenzt in seiner Erfassungsleistung. Daher wurden im nächsten Schritt zusätzlich Sensoren mit Mikrowellen-Doppler-Radar-Technologie verbaut, um zusätzliche Alarmquellen abzudecken.

Im Laufe der Zeit kamen Sensoren für sichtbares Licht hinzu, die Taschenlampen erkennen konnten, sowie Temperatursensoren. In Bosch-Sensoren wurden etwa eigene Entwicklungen wie die sogenannte »First-Step«-Technologie zum sofortigen Alarm bei fremdem Betreten von Räumlichkeiten integriert.

Jedoch zeigte die Praxis mit Fehlerquellen wie Ratten und anderen Tieren, dass letztendlich ein synergistischer Ansatz gefragt ist: Eine Kombination von Sensoren, die einander kontrollieren und für eine ausgewogene Reaktion auf Signale sorgen. Gleichzeitig wurde es durch die Bandbreiten der Signale von WLAN-Routern und LED-Leuchten nötig, dass Detektoren die neueste Schaltkreistechnik nutzen, um nicht als »Antennen« für unerwünschte Signale zu fungieren.

Sensor-Data-Fusion-Ansatz

Im Kern der Sensor-Data-Fusion-Technologie steht die zentrale Sammlung aller von den unterschiedlichen im Detektor enthaltenen Sensoren erfassten Daten. Diese Daten werden in einen Mikroprozessor geleitet, welcher die Informationen in Echtzeit mithilfe eines komplexen Algorithmus’ analysiert.

Dieser Algorithmus stellt die Kernfunktion der Sensor-Data-Fusion dar und erlaubt dem Detektor, die aktiven Sensoren auszubalancieren und ihre Empfindlichkeitseinstellungen nach Bedarf auszutarieren, so wie es die jeweilige Situation erfordert. Insgesamt ist der Algorithmus dafür verantwortlich, automatisch intelligente Entscheidungen zur Echtheit eingehender Alarmsignale zu treffen – und gegebenenfalls Alarm auszulösen.

In der aktuellen Generation von Sensor-Data-Fusion-Detektoren stecken ausgereifte Verifizierungsmechanismen, z. B. »Microwave-Noise-Adaptive-Processing« zur genauen Unterscheidung zwischen menschlichen Eindringlingen und Fehlerquellen wie einem Deckenventilator oder Schildern. Zusätzlich entscheiden PIR- und Mikrowellen-Doppler-Radar-Technologie im Zusammenspiel, ob ein echter Alarm vorliegt. Weiterhin ist der optische Sensor versiegelt, um ihn vor Zugluft und Insekten zu schützen, und der Algorithmus ist auf die Erkennung von Nagetieren im Raum programmiert.
Weitere Sensoren in aktuellen und zukünftigen Gerätegenerationen sind mikro-elektromechanische MEM-Sensoren sowie Beschleunigungs- und Vibrationssensoren. Wichtig zu beachten: Die gegenseitige Verifizierung der Sensoren geht nicht zu Lasten der Erkennungsgenauigkeit von tatsächlichen Eindringlingen, sondern erhöht diese vielmehr durch Abdeckung unterschiedlicher Präsenzindikatoren.

Unesco-Weltkulturerbe in China mit Sensor-Data-Fusion gesichert

Bild 2: »Tritech«-Bewegungsmelder mit PIR- und Mikrowellen-Doppler-Radar-Technik sichern die 7000 Krieger- und Pferdefiguren aus Ton im Museum in der chinesischen Provinz Xi’an

Intelligente Detektoren mit Sensor-Data-Fusion-Technologie schützen bereits jahrtausendealte chinesische Kulturschätze vor Diebstahl und Beschädigung. Im Museum der Terrakotta-Krieger (Bild 2) sind mehrere hundert »Tritech«-Bewegungsmelder von Bosch mit Passiv-Infrarot- (PIR) und Mikrowellen-Doppler-Radar-Technologie im Einsatz, um unbefugtes Eindringen zu verhindern.
Angepasst an die besonderen Anforderungen vor Ort, schützen die Decken- und Wandmelder das 16.300 m² große Museum. Um ein Besuchererlebnis ohne störende Glaswände oder andere Barrieren zu ermöglichen, sind viele der Detektoren in 4,5 m Höhe unter der Decke installiert. Sie liefern trotzdem genaue Daten rund um die Uhr und überwinden die Leistungsgrenze herkömmlicher Detektoren, die lediglich 2 m Reichweite garantieren können.

Weitere Fehlerquellen sind die großen Mengen Staub, die aufgewirbelt werden, und sich auf den Sensoren absetzen, oder Besucher, die versehentlich Mobiltelefone oder Kameras neben den Ausstellungsstücken fallen lassen. Abhilfe schafft hier die Integration der Einbruchmeldeanlage mit dem Videosicherheitssystem. Über Videobilder werden Alarmsituationen zusätzlich verifiziert – und das sehr schnell: Im tatsächlichen Alarmfall benachrichtigt das System das Sicherheitspersonal vor Ort innerhalb von nur zwei Sekunden.

Autor

Michael Reimer, Senior Product Manager Intrusion Systems, Bosch Building Technologies, Grasbrunn

Quelle und Bildquelle: www.elektro.net